海上油田有哪些具體設備

Ⅰ 海上石油平台設備

一種島狀空間結構物，具有一個高出海面的水平檯面，供進行生產作業或其他活動用的海上工程設施。按其結構特點和工作狀態分為固定式和浮式兩大類。

固定式平台 在整個使用壽命期內位置固定不變，其形式有樁式、綳繩式和重力式等(圖1)。

樁式平台 是由承台(上部甲板)和樁基構成，按樁的材質又分為木樁平台、鋼樁平台和鋼筋混凝土樁平台。20世紀40年代末出現了導管架平台，它是先在陸上用鋼管焊成一個錐台形空間框架，然後駁運或浮運至海上現場，就位後將鋼樁從導管內打入海底，再在頂部安裝甲板而成。70年代出現的塔架平台，是由一個垂直的導管架和若干組底樁構成，底樁沿導管架外圍打入海底。樁式平台已廣泛應用於建造海上碼頭、燈塔、雷達台、水文氣象觀測站等。其中導管架平台和塔架平台則多用於鑽采海底石油或天然氣。這種結構的主要優點是波浪及水流荷載小，但造價隨水深成指數倍增長，使用水深受限制。

綳繩式平台 亦稱系索塔平台，是將一個預制的鋼質塔身安放在海底基礎塊上，四周用鋼索錨定拉緊而成。它適用於水深較大的海域。 重力式平台 是靠平台自身重量穩坐在海底堅實土層之上。這種平台的底部是一個或多個鋼筋混凝土沉箱組成的基座，基座上有鋼立柱或鋼筋混凝土立柱支撐上部甲板。由於整個結構比較大，一般先在岸邊開挖的泥塢中建造基座，再拖往有掩護的深水區接高，然後浮運至現場，載入下沉。目前這種平台一般是作為海底貯油罐或用於鑽采海底石油。其主要特點是抵禦風暴及波浪襲擊的能力強，結構耐久和維護費用低，但需開挖岸邊塢坑，並要有近岸深水施工水域，結構高度因此受到限制。

浮式平台 是一種大型浮體，有的可以遷移，有的不遷移。

可遷移的浮式平台 又稱活動平台，它是為適應勘探、施工、維修等海上作業必須經常更換地點的需要而發展起來的。現有的活動平台分坐底式、自升式、半潛式和船式4種（圖2）。①坐底式平台（亦稱沉浮式平台）多用於水深較淺的水域，其上部為工作甲板，下部為兼作沉墊的浮箱，中間用立柱或桁架支撐。作業時，往浮箱內注水使之座落海底；作業後，把箱內水抽出，平台依靠自身的浮力升起。②自升式平台適應水深范圍較大，在漂浮狀態時為一艘駁船，它的四側裝有若干根圓柱式或桁架式樁腿，用齒輪、齒條或液壓機構控制升降。作業時，放下樁腿並插入海底一定深度，從而將船底托出水面，成為工作甲板。作業後，降下船體，拔起樁腿，即可拖航至新地點。樁腿底部帶箱形沉墊的稱沉墊自升式平台，不帶沉墊的稱插樁自升式平台。③半潛式平台多用於水深較大的海域，也是由上層工作甲板、下層浮體結構、中間立柱或桁架3 部分組成。下層浮體結構又分下船體式和浮箱式兩種，下船體式更利於航行，故新建造的自航半潛式平台多採用雙下船體式。這種平台作業時處於半潛狀態，採用錨泊定位或動力定位。作業後，排出壓載艙內的水，上浮至拖航吃水線，即可收錨移位。過去建造的少數半潛式平台兼有坐底式的功能，也可以在淺水區座落海底進行作業（見彩圖）。④船式平台（即鑽井船）是在普通的船舶上加一個作業平台，船舶有單體和雙體之分，一般可以自航，作業時採用錨泊定位或動力定位（見彩圖）。目前可遷移的浮式平台在海底石油與天然氣勘探中應用得最多。

不遷移的浮式平台 在整個使用期間或較長使用期間固定系泊於海上作業位置(圖3)。靠近岸邊或海況較好海域使用的平台，一般採用普通駁船結構；置於海況較惡劣海域的平台多採用半潛式結構。系泊採用錨定法。為了控制平台的搖盪而將索鏈拉緊，使平台處於半潛狀態的稱張力式平台，又稱張力腿平台。70年代出現的鉸接式平台,由甲板、塔柱和底座組成,塔柱與底座之間用萬向節鉸接。不遷移的浮式平台造價比固定式平台低，適應水深大，最初多用於開采海底石油，近20年來，已擴大應用於建造海上浮式工廠（如發電廠、海水淡化廠、天然氣液化廠、紙漿廠等）和海上浮式貯庫（如貯油槽、毒品及危險品庫等），使一些傳統在岸邊或陸上進行的經濟活動轉移到海上。這些生產設施和裝置可以先在加工工業發達的地區製造安裝完畢，然後拖運到計劃使用的地點系泊固定。例如在浮式平台上建成的海上天然氣液化廠（圖4）,將從海底開采出來的天然氣在工廠中進行液化，然後裝罐運往陸地。這種生產系統代替了敷設長距離的海底管線，可以節省大量投資。

建造海上平台，除採用先進技術、選擇高效小型設備，以盡量壓縮平檯面積之外，還要對影響生產作業的各種因素，如海洋環境條件與動力荷載、結構和地基響應、安全措施、環境保護以及原料和產品的運輸等進行充分的研究。隨著海洋開發的發展，將會出現類型更多的海上平台。

海上平台

offshore platform

高出海面且具有水平檯面的一種桁架構築物 。供進行生產作業或其他活動用。有固定式平台和浮式平台兩類。①固定式平台。有樁式、綳繩式和重力式等。樁式平台由承台和樁基構成。樁基有木樁、鋼樁和鋼筋混凝土樁等種，構築時將它打入海底，其上安裝了承台。綳繩式平台又稱系索塔平台，將一個預制的鋼塔安放在海底基礎塊之上，用鋼索沿不同方向錨定拉緊而成。重力式平台是靠平台自身的重量穩坐在海底堅實土層之上的，抵禦風暴及波浪襲擊的能力強。②浮式平台。有可遷移的和不遷移的兩種。可遷移的浮式平台又稱活動平台，有坐底式、自升式、半潛式和船式等4種，多用於海底石油和天然氣的鑽探。不遷移的浮式平台常建於靠近岸邊或海況較好的海域，常用普通的駁船結構，系泊採用錨定法，先用於開采海底石油，後用於建造海上浮式工廠和浮式貯庫等。

Ⅱ 　海上浮式生產儲油裝置

FPSO是Floating Proction,Storage and Offloading system的英文縮寫，意為浮式生產儲油裝置。這種裝置是集油氣處理、儲油與卸油、生活、發電等為一體的海上油氣開采裝置。浮式生產儲油裝置（FPSO）始於20世紀50年代末，大規模發展於90年代。到目前為止，全世界已有近80條FPSO在服役，它們主要分布在北海、巴西沿岸、西非沿岸、東南亞和中國。由於FP-SO具有海域適應性強、經濟性好、可靠性高和可重復再利用等特點，它已被石油界廣泛地用於海上油氣田開發。

中國海油經過20多年的大力發展，FPSO已成為海上油田開發的關鍵設施之一。目前有11條FPSO在服役，還有2條FPSO正在建造之中，我國已成為世界上少數大量使用FPSO的國家。11條FPSO分布於渤海和南海，作業海域的水深從20～330m不等；FPSO的載重噸位從5萬噸級至25萬噸級，總載重噸位已達到140×10⁴t。FPSO根據不同海域的環境要求，有抗冰型、淺吃水型和抗台風型；根據不同油田的使用要求，FPSO採用了新建、改造和租用的方案。現有新建FPSO的設計壽命都在20～30年以上，並能做到在20～30年的海上作業期間不解脫進塢維護，可以做到長期連續安全生產。

中國海油自從20世紀80年代的改革開放以來，於1987年為渤海BZ28-1油田建造了5萬噸級的「渤海友誼」號FPSO（圖13-1）；為渤海BZ34油田建造了「渤海長青」號FPSO；在南海W10-3油田上，將18萬噸級舊油輪改造成了「南海希望」號FPSO，該FPSO於1998年退役；為惠州油田群改造了25萬噸級「南海發現」號FPSO。在90年代中期，渤海與南海各油田上相繼投產了另外5條FPSO，它們是「渤海明珠」（圖13-2）、「南海盛開」、「南海開拓」（圖13-3）、「南海勝利」（圖13-4）和「睦寧」。「渤海明珠」FPSO是國內第一次依靠自己的技術力量，按國際標准設計建造的58000t的FPSO，用於自營油田開發，它具有冰區作業功能，設計壽命達20年，該FPSO設計建造榮獲國家科技進步獎。

從1999年起，中國海油依靠自己的技術力量，獨立規劃設計，國內船廠建造的高標准16萬噸級和2條15萬噸級大型FPSO，它們是「渤海世紀」（圖13-5）、「南海奮進」和「海洋石油111」（圖13-6）。這3條FPSO均用於中外合作油田開發上，受到油田合作夥伴的高度評價，開創了FPSO新的里程碑。

在20多年時間內，中國海油走過了由國外規劃設計FPSO到完全由國內設計建造的過程。中國海油對FPSO規劃、設計、建造、操作等已積累了相當長期的實踐經驗，可以根據不同油田開發的使用要求和經濟效益選擇新建、改造和租用FPSO的方案。目前，FPSO已成為中國海油一個新興產業，我們將以合理價格、安全可靠、優質服務向外方提供油田開發的FPSO設施。隨著中小油田及邊際油田開發的需求，中國海油將會出現多種多樣和全新概念的FPSO。

一、浮式生產系統分類

從海上油氣田開發應用方面，浮式生產系統可分為以下3種基本類型。

a．油田開發系統：油田開發系統的用途是為了經濟地開采儲層流體直到經濟的耗損點為止，其使用期限一般都超過5年。

b．早期的、試驗性的或前期油田開采系統：該系統的用途是生產儲層流體，為預測油藏長期產能和最終採收率提供可靠的生產經驗及數據。而這種分類的初衷並不是開採到油層枯竭，其使用期限一般為60天到2年不等，通常不超過5年。

c．鑽桿測試系統及油井或油藏的延長測試系統：該系統的用途是收集關於油井產能、介質特性、油層生產特徵、油藏大小及動力、生產問題、油層連續性、油井的維護以及短期油藏維護的數據，使用期限一般測試達120天。

二、浮式生產儲油裝置的功能

浮式生產儲油裝置主甲板以下的艙室主要儲存生產的原油，主甲板以上的生產甲板主要布置生產處理設施、公用設施和生活模塊。

1．原油和生產污水的處理

在浮式生產儲油裝置主甲板以上，根據生產工藝的要求設置生產甲板。生產甲板就相當於一座陸地處理廠，在生產甲板上設置油氣生產和污水處理所不可缺少的設備，如加熱器、分離器、冷卻器、污水脫油裝置、壓縮機、輸送泵、安全放空裝置等和生產需要的其他配套設施。處理合格的原油進艙儲存；處理達標的生產污水直接排海或作為油田注水的水源；分離出來的天然氣作為發電機和加熱鍋爐的燃料，或輸送到陸地供客戶使用。

2．供電和供熱

開發一個油田需要大量的機械設備，而要維持這些設備和生產流程的正常運轉，離了電和熱是不行的。FPSO利用生產過程中分離出來的廢氣作為燃料進行發電和加熱鍋爐，鍋爐產生的熱量供生產流程加熱，而所發的電力除供給FPSO本身生產和照明用電外，還可通過海底電纜輸送到各井口平台，向井口平台提供電力所需。這樣，可以減少井口平台上的設備和重量，簡化井口平台的布置，節約工程費用和操作費用。

3．生活基地和生產指揮中心

在FPSO上除了布置生產設施以外，還布置有供生產操作人員生活和休息的住房。FPSO主尺度較大，為布置住房提供了有利條件，住房定員從幾十人到上百人。住房內除設置卧室和餐廳外，還配備了專門的會議室、娛樂室、辦公室、報房和中央控制室，不但為FPSO上的操作人員提供寬敞、舒適的生活和休息環境，還可以監控整個生產流程的運轉情況，為附近平台提供支援和服務，成為油田名副其實的生產指揮中心。生活住房作為單獨的一個模塊，可以布置在FPSO的艏部，也可以布置在FPSO的艉部。在住房模塊頂部設立直升機甲板，供倒班和應急情況時使用。

4．儲存合格的原油

FPSO主甲板下面的艙室，除壓載水艙、燃油艙、淡水艙、機泵艙和部分工藝艙室之外，絕大部分艙室都是用來儲存處理合格的原油的，其儲油量從幾萬噸到幾十萬噸，相當於一座海上大油庫，與其他只能儲存1萬～2萬噸的全海式開發方案相比，具有獨特而明顯的優勢。FPSO的設計噸位和原油儲存能力視油田海域的水深和油田的產能而定，一般應能儲存油田10d以上的產量，否則，需要穿梭油輪頻繁地停靠外輸，受氣候影響較大。

圖13-1「渤海友誼」號52000tFPSO

圖13-2「渤海明珠」號58000tFPSO

圖13-4「南海勝利」號144000tFPSO

圖13-5「渤海世紀」號160000tFPSO

圖13-6「海洋石油111」號150000tFPSO

5．外輸合格原油

FPSO還可兼做海上輸油碼頭，供穿梭油輪停靠，通過輸油泵、計量系統和輸油軟管將合格的原油輸送到穿梭油輪上外運銷售。穿梭油輪可以側靠也可以串靠 FPSO，選用哪一種方式，取決於油田的環境條件和操作要求。側靠對穿梭油輪的噸位和環境條件有較大的限制，因此，在無冰海區，採用串靠輸油比較靈活。串靠輸油時，需配備幾百米長的輸油軟管和相應的一些機械設備。

三、浮式生產儲油裝置生產系統的特點

從水深幾百米、風大浪高的南海到最大水深只有30多米、冬季有海冰作用的渤海，中國海油廣泛地使用了浮式生產儲油裝置FPSO開發海上油田，採用FPSO生產的原油產量，目前已佔到中國海油國內原油產量的一大半，充分顯示了這種開發裝置具有誘人的特點和優勢。

1．對水深和環境條件的適應性強

從水深幾十米到幾百米，甚至更深都可以使用這種生產系統。水淺的海域，採用固定式的結構比較經濟，水深的海域採用更具靈活性的懸鏈式系泊結構。不論是渤海高緯度海冰地區，還是夏季受台風襲擊、波濤洶涌的南海都已得到成功的應用。

2．具有風飄作用，受力條件最佳

由於浮式生產儲油裝置採用旋轉部件與單點系泊系統相連，FPSO基本處於自由漂浮狀態，不但可以自由地縱橫搖擺和升沉起伏，還可以在風、浪、流、冰等環境力的共同作用下，繞單點作360°的自由旋轉，使FPSO處於受力面積最小的最佳受力狀態，使單點結構設計最為經濟。

3．具有充裕的面積和空間

在浮式儲油裝置的主甲板上加設生產甲板，使浮式生產儲油裝置的所有面積和空間得到充分的利用，為儲存原油、布置生產處理設施和公用設備以及操作人員住房提供了良好的條件。另外，還兼做海上輸油碼頭，供穿梭油輪系泊和停靠，成為一座集生產、生活、儲油和運油多功能為一體的海上綜合基地。工程費用相對較低。

4．靈活機動

浮式生產儲油裝置常通過一些特殊部件與單點相連，在必要的時候，也可從這些連接部件方便地解脫。渤海綏中36-1油田試驗區的抗冰單點，在遇到嚴重冰情時，可以在數小時之內完成FPSO的計劃解脫，將FPSO拖到安全地點。根據環境狀況和生產需要，也可以將FP-SO設計成能抵抗百年一遇最惡劣的環境條件，永不解脫。

5．可重復利用

可重復利用是浮式生產儲油裝置的另一大特點。這一特點特別適用於開發期較短的邊際油田。當一個油田開發完成後，可以針對下一個油田的要求，對生產設施進行適當的改造和維修即可再次使用。由於改造的工作量相對較少，不但可以爭取油田盡快投產，還可大大減少油田的一次性投入，提高油田的經濟效益。

渤海綏中36-1油田試驗區的明珠號經改造又用到了蓬萊19-3油田，而BZ28-1油田的友誼號曾搬遷到CFD1-6油田服役，目前又在進行設備的維修和局部改造，然後再回到原來的位置，為渤南油田群的開發繼續使用20年。

6．施工周期較短

通過10多年的工程實踐，有關浮式生產儲油裝置的設計和建造，國內已有了相當成熟的經驗。建造一座10多萬噸的浮式生產儲油裝置，一般只需1～1.5年的時間，與一座大型組塊的施工周期差不多。另外，由於對FPSO的船型沒有其他額外的要求，在油田急需投產的情況下，可以選用合適的舊油輪進行改造，在其甲板上增加生產工藝模塊，然後與單點系泊系統相連，即可投入使用，這樣，施工周期可以更短一些。像南海幾個油田，舊油輪的改造時間大都在1年之內即可完成。

Ⅲ 　海上浮式生產儲油裝置系泊系統

在海上油氣田開發中，海上浮式生產儲油裝置（FPSO）被系泊設施定位於某一海域，進行長期的油氣開采作業。FPSO的定位不同於常規運輸船舶的拋錨定位，它需要抵抗一定條件的環境力，海上定位時間長達十幾至二十幾年，而且需要與其他海上設施之間進行井流、電力和通訊等傳輸，保證一定海況條件下的連續安全生產。

系泊系統裝置從型式上可劃分為兩大系列，即單點系泊系統和多點系泊系統。單點系泊系統是針對浮體而言的，即系泊連接點為一個點，適合長寬比較大的浮體（如油輪、FPSO、運輸船舶等），突出特點是具有風向標的作用，可以使浮體圍繞系泊點作360度旋轉，使浮體總是處於受力最小的方向位置上；它的另一特點是使用旋轉接頭，能進行井流、電能和通訊等傳輸。單點系泊系統因具有很多優點而被石油工業界廣泛採用，但它的工程投資也非常高，技術上被幾家單點公司所壟斷。多點系泊系統不同於單點系泊系統，浮體上有多個系泊連接點，沒有風向標的功能，也不需要旋轉接頭，適合於浮體長寬尺度接近且海上環境條件平緩的工程中。動力定位也是浮體系泊的一種型式，它完全或部分藉助浮體上的推進器和側推器，由計算機統一管理和操縱，使浮體處在最小環境力方向上，並將浮體定位於某一定點海域。

世界上有多種多樣的系泊系統型式，中國海洋石油總公司自從採用FPSO進行海上油氣開發以來，就伴隨著從國外引進系泊系統裝置。主要型式有：塔架軟剛臂單點系泊系統裝置（亦稱為Tower Soft Yoke Sing1e Mooring system）如圖13-7所示，主要在渤海淺水海域使用，適用小於40m水深，具有抗冰與可解脫功能，目前已有4套該裝置在使用；懸鏈式浮筒單點系泊系統裝置（亦稱為CALM系泊系統），見圖13-8，在南海W12-1油田的原油外輸終端上使用了這套系泊系統裝置；內轉塔式系泊系統裝置（稱為Internal Turret Mooring system），共7套該裝置在南海油田上使用，適用50～400m水深，其中有5套裝置在舊油輪改造的FPSO方案中使用，2套在新建FPSO中使用，如圖13-9所示，該裝置有解脫式與不解脫式之分，可以抵抗台風等惡劣的環境條件，圖13-10為內轉塔的旋轉機構，世界上多數深水FPSO均採用這種系泊系統裝置。

由於海上石油開發的需要，曾出現幾十種系泊系統的設計方案，但真正被實際應用的僅十幾種。自世界上出現FPSO以來，各相關公司就致力於研究開發各種型式的系泊系統裝置，目的就是針對不同海域、不同使用周期、不同功能及降低工程投資等進行廣泛研究。目前，單點系泊系統裝置的技術被幾個單點製造商所壟斷。最近幾年中國海洋石油總公司不斷從國際上引進先進的單點系泊系統，以適合抗強台風、永久系泊、降低工程投資等要求。

圖13-12「睦寧」號FPSO內轉塔系泊與輔助動力定位系統

2．系泊頭

系泊頭指將軍柱上的旋轉機構向上，隨FPSO可自由轉動的部分。這一部分主要包括固定旋轉軸承的轉盤、油氣水旋轉密封通道和跨接軟管支撐結構。轉盤是一個鑄鋼件，在系泊頭轉盤的側面設置連接機構，作為軟剛臂和系泊頭的連接支撐，當軟剛臂在海上與單點連接完之後，來傳遞FPSO引起的系泊力。系泊頭的頂部為一個鋼支架，作為跨接軟管的支撐結構，通過立柱與轉盤連接在一起，使跨接軟管支架與轉盤一起轉動。

3.A字形連接軟剛臂（YOKE)

A字形連接軟剛臂是FPSO與單點的主要連接部件，一般由大直徑的圓管組成。其頂部通過萬向轉動接頭與系泊頭轉盤相連，底部兩側通過萬向聯軸節吊掛在系泊腿上與FPSO上的系泊支架相連。盡管其結構本身是一個鋼結構，但通過旋轉機構和系泊腿一起組成一套柔性系泊系統，它可以不受限制地適應FPSO各種運動狀態，因此又將這一部分稱為軟剛臂。軟剛臂在海上與單點系泊頭轉盤連接，在FPSO尚未就位或解脫時，可下放到海面自由運動，承受海上的環境力。在軟剛臂的底部設有壓載艙，內部注入適量的防凍液，用以改善和調節整個系統的運動狀態。

4．系泊腿

系泊腿是FPSO和YOKE的連接部件，共有2根，分設在FPSO系泊支架的兩側，系泊腿上端與FPSO上的系泊支架相連，下端與軟剛臂相連，兩端均有旋轉機構，以適應FPSO的運動。一般情況下，先將系泊腿與FPSO系泊支架在陸地上連接好，待FPSO拖到油田現場後，將軟剛臂底端吊起與系泊腿下端連接起來，完成整個浮式生產儲油裝置系泊系統的最後一道工序。如果FPSO需要解脫時，也通過這一部分機構的逆向操作，將FPSO從單點解開。這部分連接機構的設計方案，在很大程度上決定了FPS0海上連接和解脫所需的時間。系泊腿和軟剛臂是整個系泊系統運動幅度最大的部件。

5．管線系統

為了將井口平台生產的原油和天然氣輸送到浮式生產儲油裝置上，或根據生產需要實現流體或氣體反向輸送，則需要通過海底管線、旋轉密封滑環和FPSO與單點之間的跨接軟管以及相應的配套管線來完成。跨接軟管和密封通道的尺寸和數量依據生產需要而定。為實現海底管線的清管作業，在單點上需布置清管球發射和接收裝置。

由於單點系泊系統各部件受力的復雜性，從FPSO系泊支架開始，連同整個系泊系統的設計，目前大都由國外專門的公司來承擔。各部分的旋轉部件也都由國外公司作為專利件供貨。但其中的鋼結構部分，如導管架、系泊頭、系泊支架和軟剛臂的施工建造，從一開始就是全部由中國海油承擔的。